Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Lobelia siphilitica является примером вида с гинодиетической системой спаривания.

Гинодиэзия - это редкая система размножения, которая встречается у некоторых видов цветковых растений, у которых женские и гермафродитные растения сосуществуют в популяции. Гинодиэзия - это эволюционная промежуточная стадия между гермафродитизмом (проявляющимся как женскими, так и мужскими частями) и раздельностью (имеющая две различные морфы: мужскую и женскую). Гинодиэзия - противоположность андродиэзии., которая представляет собой систему размножения, состоящую из мужских и гермафродитных растений в популяции. Гинодиэзия возникает в результате генетической мутации, которая запрещает гермафродитному растению производить пыльцу, сохраняя при этом женские репродуктивные органы нетронутыми. Гинодиэзия встречается крайне редко, менее 1% видов покрытосеменных проявляют систему размножения. Некоторые известные таксоны, которые демонстрируют гинодиетическую систему спаривания, включают Beta vulgaris (дикая свекла), Lobelia siphilitica , Silene и Lamiaceae .

Эволюция гинодиэзии [ править ]

Гинодиэцию часто называют эволюционным промежуточным состоянием между гермафродитизмом и раздвоением. Гинодиэзия была исследована биологами еще со времен Чарльза Дарвина . [1] Гинодиэзия может развиться из гермафродитизма из-за определенных факторов окружающей среды. Если на выполнение женских функций у гермафродитного вида выделяется достаточно ресурсов в популяции, наступит гинодиэзия. С другой стороны, если больше этих ресурсов будет разделено в пользу мужских функций гермафродита, это приведет к андродиоэзии. Высокий уровень самоопыления в популяции способствует поддержанию гинодиэзии за счет увеличения затрат на инбридинг для гермафродитов. [2] Таким образом, чем выше скорость инбридинга в популяции, тем более вероятно возникновение гинодиэзии.

Поскольку гермафродиты могут воспроизводиться сами по себе, они считаются самосовместимыми. Напротив, негермафродитные растения несовместимы друг с другом . Исследования показали, что вид может быть гинодобным или самонесовместимым, но они очень редко встречаются вместе. Следовательно, гинодиэзия и несовместимость с самими собой мешают поддерживать друг друга. Самонесовместимость растений помогает поддерживать андродиоэтичность растений, поскольку самцы конкурируют только с гермафродитами за отцовство семяпочек. Самонесовместимость приводит к потере гинодиэзии, поскольку ни гермафродиты, ни самки не сталкиваются с инбридинговой депрессией . [3]

Было предложено два сценария для объяснения эволюционной динамики сохранения гинодиэзии. Первый сценарий, известный как теория уравновешивающего отбора, рассматривает генетические факторы, которые контролируют гинодиэцию в течение длительного эволюционного периода. Уравновешивающий отбор приводит к циклам, которые объясняют нормальное соотношение полов у гинодобных популяций. Второй сценарий, известный как динамика эпидемии, включает появление и утрату новых генов цитоплазматической мужской стерильности в новых популяциях. Это те же гены, которые проникают в популяции гермафродитов и в конечном итоге приводят к гинодиэзии. [1]

Определение гинодиэзии [ править ]

Гинодиэзия определяется в результате генетической мутации, которая не позволяет растению производить пыльцу, но при этом сохраняет нормальные женские репродуктивные особенности. [4] У растений ядерные гены наследуются от обоих родителей, но все цитоплазматические гены происходят от матери. Это справедливо для компенсации того, что мужские гаметы меньше и более подвижны, а женские - больше. Большинству растений имеет смысл быть гермафродитами, поскольку они сидячие и не могут найти себе пару так же легко, как животные. [5]

Цитоплазматические гены мужского бесплодия, обычно обнаруживаемые в митохондриальном геноме, обнаруживаются и устанавливаются, когда женская фертильность лишь немного превышает гермафродитную фертильность. Самке нужно только произвести немного больше семян или лучше, чем у гермафродитов, поскольку митохондриальный геном наследуется по материнской линии. [6]Исследования, проведенные на растениях, показали, что растения-гермафродиты постоянно сражаются с генами органелл, пытаясь убить их мужские части. Эти гены-убийцы мужского пола наблюдались у более чем 140 видов растений. Гены мужского бесплодия заставляют растения вырастать чахлые или увядшие пыльники и, как следствие, не производить пыльцу. У большинства растений есть гены, восстанавливающие ядерную фертильность, которые противодействуют работе генов мужского бесплодия, поддерживая гермафродитное состояние растения. Однако у некоторых видов растений гены мужского бесплодия побеждают гены, восстанавливающие ядерную фертильность, и возникает гинодиэзия. [5]

Фермеры, выращивающие кукурузу, используют преимущества гинодиэзии для получения благоприятных семян гибридной кукурузы. Фермеры намеренно используют гинодиэцию, развивающуюся у кукурузы, в результате чего получается популяция особей с мужской и женской фертильностью. Затем они вводят новый штамм особей с мужской стерильностью, и селекционеры могут собирать более подходящие гибридные семена. [5]

Рарити [ править ]

Гинодиэзия - редкая, но широко распространенная половая система у покрытосеменных видов. Гинодиэзия встречается как минимум в 81 семействе покрытосеменных. Из всех покрытосеменных на Земле менее 1% - гинодиодомные виды. [7] Одно из вероятных объяснений его редкости связано с его ограниченной эволюцией. Поскольку самки находятся в невыгодном положении по сравнению с гермафродитами, они никогда не смогут развиваться так быстро. Кроме того, гинодиэзия встречается редко, потому что механизм, благоприятствующий самкам и вызывающий гинодиэцию в некоторых популяциях, действует только в некоторых линиях растений, но не в других.

Причина такого разброса в редкости гинодиэзии связана с определенными фенотипическими признаками или экологическими факторами, которые способствуют и благоприятствуют присутствию женских растений в популяции. Например, травянистая форма роста гораздо более предпочтительна у гинодомных видов Lamiaceae по сравнению с древесными линиями. [7] Травянистая форма роста также связана с уменьшением ограничения пыльцы и повышенным самооплодотворением. Снижение ограничения по пыльце может снизить количество и качество семян. Формы роста древесных растений Lamiaceae более ограничены пыльцой и, таким образом, производят меньше семян и семян более низкого качества, что способствует росту женских травянистых форм. [7] Гинодиэзия встречается редко, потому что некоторые половые системы более подвержены эволюционным изменениям в определенных линиях по сравнению с другими.

Поддержание гинодиэзии [ править ]

Сохранение гинодиэзии на первый взгляд может показаться загадкой. Теоретически гермафродиты должны иметь эволюционное и репродуктивное преимущество перед самками в популяции, потому что они, естественно, могут производить больше потомства. Гермафродиты могут передавать свои гены как через пыльцу, так и через семяпочки, тогда как самки могут передавать гены только через семяпочки. Таким образом, чтобы самки оставались жизнеспособными в популяции, они должны быть в два раза успешнее, чем гермафродиты.

Казалось бы, гинодиэзия не должна сохраняться. Для его сохранения самки должны иметь какое-то репродуктивное преимущество перед гермафродитным населением, известное как женская компенсация или женское преимущество. [1] Женское преимущество заключается в увеличении экономии энергии за счет отказа от производства пыльцы и получения саженцев более высокого качества, поскольку саженцы гермафродитов восприимчивы к гомозиготным вредным аллелям. Дополнительные преимущества включают больше цветков, более высокое завязывание плодов, более высокое общее количество семян, более тяжелые семена и лучшую всхожесть.

Таксоны с гинодиэцией [ править ]

Следующие виды и высшие таксоны демонстрируют гинодиетическую систему размножения:

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Тузе, П. (2012). «Эволюция митохондриального генома и гинодиэзия» . В Marechal-Drouard, Laurence (ed.). Эволюция митохондриального генома . Успехи ботанических исследований. Академическая пресса. С. 71–98. ISBN 9780123944429.
  2. ^ Sinclair, JP; Kameyama, Y .; Шибата, А .; Кудо, Г. (2016). «Гермафродиты с самцовым уклоном в гинодомном кустарнике, Daphne jezoensis ». Биология растений . 18 (5): 859–867. DOI : 10.1111 / plb.12463 .
  3. ^ Ван де Паер, C .; Saumitou-Laprade, P .; Vernet, P .; Бильярд, С. (2015). «Совместное развитие и поддержание самонесовместимости с гинодиэцией или андродиэцией». Журнал теоретической биологии . 371 : 90–101. DOI : 10.1016 / j.jtbi.2015.02.003 . PMID 25681148 . 
  4. ^ Прис, Т .; Мао, Ю. (2010). «Эволюция гинодиэзии на решетке» . Журнал теоретической биологии . 266 (2): 219–225. DOI : 10.1016 / j.jtbi.2010.06.025 .
  5. ^ a b c Ридли М. (1993). Красная королева: секс и эволюция человеческой природы . Пингвин. С. 91–128. ISBN 978-0140167726.
  6. ^ Delph, LF; Touzet, P .; Бейли, MF (2007). «Слияние теории и механизма в исследованиях гинодиэзии». Тенденции в экологии и эволюции . 22 (1): 17–24. DOI : 10.1016 / j.tree.2006.09.013 .
  7. ^ a b c Ривкин Р.Л .; Корпус, AL; Карузо, CM (2016). «Почему гинодиэзия - редкая, но широко распространенная половая система? Уроки Lamiaceae» . Новый фитолог . 211 (2): 688–696. DOI : 10.1111 / nph.13926 .

См. Также [ править ]

    • Dioecy
    • Триоэси
    • Андродиоэзия
    • Гермафродит
    • Монохромный